Alternative zur Schwinggabel

Für die Füllstandserkennung gibt es eine große Auswahl an Grenzstandschaltern, die auf unterschiedlichen Technologien basieren. Zu nennen sind beispielsweise Vibrationsgrenzschalter (Schwinggabel), kapazitive Grenzstandschalter, Sensoren mit Frequenzhubtechnologie, Schwimmerschalter oder optische Sensoren. Je nach Einsatzbereich variieren die Anforderungen an die Füllstandsschalter stark, da verschiedenste Faktoren zu berücksichtigen sind: Schaumbildung, Aggressivität oder Entflammbarkeit der zu detektierenden Medien, Anhaftungen, schwierige Einbaubedingungen, Geschwindigkeit des Füllprozesses und die geforderte Messgenauigkeit sind einige davon.

Zur Grenzstanderfassung in industriellen Anwendungen sind immer noch klassische Schwinggabeln verbreitet. Sie funktionieren nach einem einfachen Prinzip: Die Gabel besteht aus zwei Zinken, die durch einen Piezoantrieb in Schwingung versetzt werden. In Luft vibriert die Schwinggabel stärker als in einer Flüssigkeit, da in flüssigen Medien die Schwingung deutlich gedämpft wird. Diese Veränderung wird elektronisch ausgewertet, und sobald die Gabel wie definiert gedämpft wird, schaltet das Gerät. Wegen ihrer Bauform und Technologie sind Schwinggabeln für manche Anwendungen aber nicht ideal. Zum Teil haben sie große, weit ins Messmedium hineinreichende Bauteile und eignen sich daher weniger für begrenzte Bauräume. Dickflüssige Materialien neigen außerdem dazu, an diesen Gabeln hängen zu bleiben, grobkörnige Medien können zwischen den Gabeln eingeklemmt werden. Dies kann in beiden Fällen zu Fehlschaltungen führen. Die Gabeln sind zudem schwierig zu reinigen, und für flüssige, pastöse, schäumende, pulvrige und körnige Substanzen sind unter Umständen verschiedene Ausführungen erforderlich.

Alternative Methode

Um die Grenzstandüberwachung zu vereinfachen, hat Baumer deshalb eine alternative Methode entwickelt. Der Füllstandsschalter ‚CleverLevel‘ eignet sich für Anwendungen, bei denen aktuell noch die herkömmliche Schwinggabel zum Einsatz kommt. Durch die von Baumer optimierte Frequenzhubtechnologie und ein spezielles Sensordesign eliminiert der Füllstandsschalter die oben genannten Nachteile der Schwinggabel und bietet in der Anwendung folgende Merkmale:

• Medienunabhängige Detektion beziehungsweise ein Sensor für alle Medien
• Unempfindlichkeit gegenüber Anhaftungen und Schäumen
• Temperaturrobustheit bis Prozesstemperatur +150 °C und Umgebungstemperatur bis +85 °C
• Schichtentrennung über Schaltausgänge möglich
• kurze Eintauchlänge für kompakte Maschinen
• ATEX einschließlich Zone 0
• Schnelle Reaktion in Vakuumbehältern

Funktionsweise und Inbetriebnahme

Wie funktioniert die Frequenzhubtechnologie im Detail? Jedes Medium hat unabhängig von seiner Konsistenz eine spezifische Dielektrizität. Es verhält sich also in dem elektrischen Feld, das der Füllstandsschalter aufbaut, bei derselben Temperatur immer gleich. Die Frequenzhubtechnologie macht sich diese Tatsache zunutze. Abhängig von der gemessenen Resonanzfrequenz weiß der Sensor, ob ein flüssiges beziehungsweise festes Medium die Sensorspitze und den Raum dahinter umgibt oder ein Gas. Aus diesem Grund kann der ‚CleverLevel‘ Anhaftungen an der Sensorspitze oder Schäume ausblenden. Die hohe Empfindlichkeit über einen großen Messbereich für Dielektrizitätskonstanten von 1,5 bis über 100 ermöglicht die Grenzwerterfassung für alle Arten von Pulvern, Granulaten und Flüssigkeiten.

Die Inbetriebnahme ist einfach. Schon per Werkseinstellung werden die meisten Medien erkannt. Im Zweifel hilft die Teach-in-Funktion weiter. Komplexere Parametrieraufgaben sind mit der intuitiven Software ‚Baumer Sensor Suite‘ möglich, da der Anwender hier das Gleiche sieht wie der Sensor. Ganz nach Bedarf lässt sich so das Schaltfenster verschieben, zum Beispiel um bei einer Maximum- oder Minimum-Überwachung Schäume auszublenden. Gleiches gilt, wenn der Sensor Anhaftungen ignorieren soll. Elektrostatische Anhaftungen, mit denen bei der Detektion pulverförmiger Stoffe häufig zu rechnen ist, lassen sich ebenfalls ignorieren, indem das Schaltfenster entsprechend definiert wird.

Grenzstanderkennung in industriellen Reinigungsanlagen

Viele Medien, hohe Temperaturen, wenig Platz – industrielle Reinigungsanlagen mit diesen Anforderungen eignen sich als Einsatzfeld für den Grenzstandsensor ‚CleverLevel‘ von Baumer. © Baumer

Ein Einsatzfeld für die Grenzstanderkennung mit dem ‚CleverLevel‘ sind industrielle Reinigungsanlagen. Diese Geräte entfetten, reinigen und konservieren Werkstücke und Bauteile aus Metall, Kunststoff, Glas oder Keramik in den unterschiedlichen Stadien des Fertigungsprozesses. Dabei werden Partikel und filmische Verunreinigungen entfernt, um eine definierte technische Sauberkeit an allen Bauteilen zu erreichen. Die industrielle Teilereinigung ist üblich in Branchen wie Automobilindustrie, Maschinenbau, Metallverarbeitung und Healthcare und dient vor allem folgenden Zwecken:

• Qualitätssicherung: Rückstände können zu Funktionsstörungen führen, etwa bei feinmechanischen oder elektronischen Bauteilen.
• Vorbereitung für Folgeprozesse: Viele Fertigungsschritte (zum Beispiel Beschichtung, Lackierung, Schweißen) setzen saubere Oberflächen voraus.
• Korrosionsschutz: Das Entfernen von Rückständen wie Salzen oder Feuchtigkeit schützt Bauteile vor Korrosion.
• Erhöhte Lebensdauer: Insbesondere bei beweglichen Teilen sind saubere Oberflächen ein Faktor für geringeren Verschleiß.

Beim Ressourcenverbrauch gelten für industrielle Reinigungsanlagen ähnliche Anforderungen wie für die Prozessindustrie. Zur Steigerung der Nachhaltigkeit und Ressourcenausbeute sollen möglichst wenig Energie, Wasser und Chemikalien verbraucht werden. Die Reinigungsqualität soll zudem mit Sensorik inline überwacht werden. Zunehmend werden auch Reinigungsschritte in die Fertigungsprozesse integriert, etwa mit automatisierten Reinigungslösungen in Produktions- linien. Eine Besonderheit ist die Miniaturisierung der zu reinigenden Komponenten. Auch sehr kleine oder empfindliche Teile, etwa aus der Mikrotechnik oder Medizintechnik, müssen im Produktionsablauf höchste Sauberkeitsstandards erfüllen.

Anwendungsbeispiel ATEX

Ein typisches Anforderungsprofil für die Grenzstanderfassung weisen Inline-Reinigungsanlagen auf: So benötigte ein Baumer-Kunde eine zuverlässige Min-Max-Überwachung der Waschkammer, in der die Sensorspitze Prozesstemperaturen zwischen +100 °C und +150 °C ausgesetzt ist. Die Umgebungstemperaturen für das Sensorgehäuse erreichen bis zu +85 °C. Der gesuchte Grenzstandschalter sollte resistent gegenüber Reinigungsmitteln sein und die unterschiedlichen Medien während der Reinigungsphasen – Lösungs- und Reinigungsmittel, Öle, Frisch- und Schmutzwasser sowie Feststoffe – automatisch erkennen.

Weitere Anforderungen waren Explosionsschutz (ATEX und IECEx bis einschließlich Zone 0) sowie eine kompakte Bauform, da die Reinigungskammer zur Energieeinsparung isoliert ist und dadurch wenig Raum für einen Sensor, geschweige denn eine Schwinggabel, bietet.

Der ‚CleverLevel‘ erfüllt jede dieser Anforderungen und überzeugte den Anwender zusätzlich durch weitere Merkmale: Über die Schaltausgänge ermöglicht er Schichtentrennung (Alkohol/ Lösungsmittel/ Wasser) und ist im Gegensatz zu Schwinggabeln auch in Vakuumbehältern reaktionsschnell. Dies sorgt für sichere, zuverlässige und effiziente Grenzstanddetektion in den Reinigungsprozessen.

Einfache Grenzstandüberwachung

Julian Budde ist Product Manager bei Baumer in Frauenfeld, Schweiz. © Baumer

Vor allem die automatische Medienerkennung mit dem ‚CleverLevel‘ ohne Parametrierung erleichtert die Arbeit. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um Schüttgut, Pulver, Flüssigkeit oder Schaum handelt oder ob das Medium klebrig, zäh- oder dünnflüssig ist. Der Füllstandsschalter detektiert Reinigungsmittel genauso problemlos wie Industrieschlamm. Typische Anwendungen sind Überfüllsicherung oder selektive Erkennung beziehungsweise Ausblendung von Schaum oder Trennschichten. 

Redaktion: Inka Krischke